计算机与人工智能导论 课件 第4章 操作系统与网络基础

第4章

操作系统与网络基础AI第4章知识导图操作系统与网络基础操作系统基础操作系统的定义从Web1.0到Web3.0的演进第1章计算机工具与计算机演进史第2章计算机系统组成第3章计算机中的数据表示第4章操作系统与网络基础第5章软件构建基础：语言、编译与工程第6章算法与数据结构第7章数据管理与大数据技术第8章人工智能概述第9章机器学习基础第10章深度学习基础第11章机器人学、智能体与具身智能第12章自然语言处理与大语言模型第13章AI伦理、法律、治理与未来第14章AI赋能行业典型应用第15章前沿技术与实践能力培养计算机网络基础物联网技术概述

操作系统的核心功能操作系统的主要特征操作系统的分类国产操作系统现状计算机网络的定义计算机网络的构成计算机网络的功能计算机网络的分类网络体系结构与协议常见网络设备IP地址域名系统物联网定义物联网体系结构物联网典型应用场景网络安全与隐私保护网络安全主要威胁网络安全防护技术与措施个人隐私保护重点法律法规与未来趋势内容导航AI第4章

操作系统与网络基础4.1操作系统基础4.3从Web1.0到Web3.0的演进4.2计算机网络基础4.4物联网技术概述4.5网络安全与隐私保护4.1.1操作系统的定义操作系统（OperatingSystem，OS）是指控制和管理整个计算机系统的硬件和软件资源，并合理地组织、调度计算机的工作和资源的分配，以提供给用户和其他软件方便的接口和环境，它是计算机系统中最基本的系统软件。

硬件（裸机）操作系统OS

LinuxWindowsopenEulerUnix其他系统软件数据管理系统语言处理程序macOS辅助程序应用软件通用软件专业软件4.1.2操作系统的核心功能操作系统控制和管理计算机软硬件资源。硬件资源包括：处理机（运算器、控制器）、存储器、设备（输入设备、输出设备）等，软件资源包括：存储在计算机中的各种软件、相关文档和数据统称为文件。所以操作系统具有：处理机管理、存储区管理、设备管理和文件管理四大管理功能；另外，操作系统提供接口使用户能够便捷使用计算机；此外，现代操作系统通常提供网络支持，使计算机可以连接到局域网或互联网，因此操作系统还提供了网络与通信管理。4.1.2操作系统的核心功能计算机系统运算器控制器存储器输入设备输出设备系统软件应用软件处理器管理存储器管理设备管理文件管理外设文件用户接口用户网络与通信管理网络CPU计算机硬件子系统软件子系统图4.2操作系统功能与计算机系统组成的关系4.1.2操作系统的核心功能（1）处理器管理①进程控制：创建、撤销进程；②进程同步：协调并发进程执行顺序）；③进程通信：实现进程间数据交互；④处理器调度：分配CPU资源。常用调度算法有先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转法，其中时间片轮转法通过将CPU时间划分为微小片段（如10ms），让就绪进程轮流占用CPU，保障人机交互的实时性。4.1.2操作系统的核心功能（2）存储器管理①内存分配：按程序需求分配连续或离散空间，分静态、动态分配两种方式）；②内存保护：通过界限寄存器等机制，防止程序越界访问内存；③地址映射：将程序逻辑地址转换为内存物理地址；④内存扩充：借助于虚拟存储技术，从逻辑上去扩充内存容量，解决物理内存不足问题。4.1.2操作系统的核心功能（3）设备管理①缓冲区管理：通过内存临时区域缓解CPU与外设速度不匹配问题；②设备分配：按独占、共享等策略分配设备资源，如打印机独占、硬盘共享；③设备驱动：通过驱动程序实现OS与外设的通信适配；④虚拟设备技术：如SPOOLing假脱机技术，将打印机虚拟为共享设备，提高利用率。寄存器运算单元总线接口USB控制器图形适配器磁盘控制主存I/O桥磁盘显示器鼠标键盘扩展槽I/O总线系统总线内存总线CPUALU4.1.2操作系统的核心功能（4）文件管理①文件存储空间管理：记录外存使用状态，分配与回收空间；②目录管理：采用树形结构组织文件，如Windows系统的目录导航；③文件读写管理：提供文件创建、读取、修改、删除的标准化接口；④文件安全保护：通过账号密码、访问权限、文件加密等多级控制，防止非法操作。4.1.2操作系统的核心功能（5）用户接口管理①命令接口：通过输入命令控制系统，如Linux命令行、MS-DOS。②图形接口：以图标、菜单、对话框为载体，如Windows、macOSFinder。③程序接口（ApplicationProgrammingInterface，API）：为应用开发提供服务调用机制，如WindowsAPI、Linux系统调用，降低开发难度。用户应用程序操作系统计算机硬件程序接口命令接口图形接口CPU内存硬盘网卡4.1.3操作系统的主要特征（1）并发（Concurrency）并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。并行是两个或多个事件在同一时刻内发生。（2）共享（Sharing）共享是指系统中的资源可以被多个并发进程共同使用（互斥共享和同时共享）（3）异步（Asynchronous）异步是指进程的执行过程是断断续续的。（4）虚拟（Virtualization）虚拟指把一个物理实体，变成若干个逻辑实体。任务1任务2任务3任务1任务2任务3并发并行4.1.4操作系统的分类（1）按照功能特征划分①批处理操作系统：功能集中于批量处理作业，无交互式操作，吞吐量大，资源利用率高。②分时操作系统：通过时间片轮转实现多用户/多任务交互，具备交互性和独占性，有效提高资源利用率。③实时操作系统：强调即时响应，能在规定时间内完成任务响应与处理，分为硬实时和软实时，用于工业控制、航空航天等场景，如VxWorks、FreeRTOS、μC/OS-II。4.1.4操作系统的分类（2）根据使用环境划分①嵌入式操作系统：运行于智能手机、智能家居、工业控制器等嵌入式设备。主流有Android、iOS、HarmonyOS、VxWorks，广泛应用于智能终端、工业控制等场景。②桌面操作系统：面向个人计算机。主流产品有：Windows、macOS、Linux、统信UOS、麒麟软件（KylinSoft）。③网络操作系统：安装于服务器。代表产品包括WindowsServer、UNIX、Linux（CentOS、RedHat）、欧拉（openEuler），常用于搭建网站、数据库、邮件服务器等。④分布式操作系统：多个计算机通过网络协同工作，共同完成任务。如Hadoop底层系统。⑤物联网操作系统：运行于物联网终端设备上的系统软件，负责硬件管理并提供统一编程接口，通过射频识别、红外感应等技术实现物物互联。代表产品包括ALiOS、AndroidThings、ARMMbedOS、LiteOS等。4.1.4操作系统的分类（3）按用户数与任务划分①单用户单任务OS：同一时间仅支持一个用户运行一个程序，功能简单，如早期MS-DOS系统。②单用户多任务OS：支持一个用户同时运行多个程序，满足多任务处理需求，如Windows11、macOS。③多用户多任务OS：支持多个用户并发运行多个程序，适合服务器场景，如UNIX、Linux、WindowsServer。4.1.5国产操作系统现状（4）按用户交互界面划分①命令行界面（CLI，CommandLineInterface）‌：这是第一代用户界面，用户通过输入文本命令与计算机交互，需要记忆具体指令，典型代表如早期的Unix、DOS系统。②‌图形用户界面（GUI，GraphicalUserInterface）‌：作为第二代界面，GUI引入了图标、窗口和鼠标操作，通过图形元素（如窗口、图标、菜单）进行交互，更加直观易用，例如Windows、macOS和Linux的桌面环境。③‌自然用户界面（NUI，NaturalUserInterface）‌：第三代界面强调通过触摸、语音、手势等更自然的方式与设备交互，减少对传统输入设备（如键盘、鼠标）的依赖，典型应用包括智能手机触控操作（如iOS/Android）和语音助手（如Siri、小爱同学）。④智能用户界面（IUI，IntelligentUserInterface）：‌作为一种新范式被提出，它基于AI理解用户意图，通过多模态方式（如自然语言、语音、手势）主动提供服务，代表了操作系统交互的前沿发展方向，荣耀在2023年发布了首个IUI操作系统：MagicOS8.0。4.1.4操作系统的分类在信息技术应用创新（简称信创）发展的背景下，国产操作系统已成为企业数字化建设的关键基石。根据《2025-2030年中国操作系统产业调研及发展趋势预测报告》，2025年国产操作系统市场规模突破586亿元，主流系统基于Linux内核，覆盖桌面、服务器、嵌入式及移动端场景。软件名称麒麟OSopenEuler凝思软件

(Linx)麒麟信安

(Kylinsec)统信UOSLogo

软件名称普华基础软件

(i-Soft)深度科技

(Deepin)中兴新支点

(NewStart)中科方德HarmonyOSLogo

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操作系统与网络基础4.1操作系统基础4.3从Web1.0到Web3.0的演进4.2计算机网络基础4.4物联网技术概述4.5网络安全与隐私保护4.2.1计算机网络的定义计算机网络是将分布在不同地理位置、具有独立功能的多台计算机及外设，通过通信线路、设备连接，在协议协调下实现资源共享与数据传输的系统。4.2.2计算机网络的构成（1）资源子网：由主机、终端、服务器、存储设备组成，负责提供共享资源，是用户访问网络的核心，如校园网中的学生计算机、文件服务器。（2）通信子网：由通信线路（双绞线、光纤、电缆、无线电波）与通信设备（交换机、路由器、调制解调器）组成，负责数据传输、转发与控制，为资源子网提供通信保障，如校园网的光纤线路、核心交换机。通信子网网络移动网络公司网络家庭网络服务器通信子网资源子网4.2.3计算机网络的功能（1）数据通信：计算机网络最基本的功能，用于文字、图像、音频等信息交互。（2）资源共享：包括软件、硬件和数据资源的共享，是计算机网络最重要的功能之一。（3）提高系统的可靠性：通过冗余和备份等技术，增强系统的稳定性。（4）分布式处理：将任务分散到多个计算机上处理，提高处理速度和效率。4.2.4计算机网络的分类（1）按覆盖范围分类①局域网（LocalAreaNetwork，LAN）：覆盖小范围地理区域（如家庭、办公室、校园、厂区等），传输距离通常在几公里以内，传输速度快（10Mbps~10Gbps），采用以太网、Wi-Fi技术实现本地设备互联。②城域网（MetropolitanAreaNetwork，MAN）：覆盖范围几十千米（城市/地区），连接多个局域网，采用光纤传输，提供城市内的数据传输服务。如城市教育城域网、政务城域网。③广域网（WideAreaNetwork，WAN）：覆盖广域地理区域（如国家或全球），通过长途链路连接多个局域或城域网络，采用光纤、卫星通信技术。如互联网。三者区别：覆盖范围（LAN＜MAN＜WAN）、传输速率（LAN＞MAN＞WAN）、管理方式（LAN多为私有，WAN多为公共基础设施）。

4.2.4计算机网络的分类（2）按拓扑结构分类①星形结构：以交换机、路由器为中心，节点单独连接中心设备，易维护、扩展性强，局域网主流结构。②环形结构：节点连成封闭环路，无中心依赖，但节点/线路故障影响全网，如令牌环网。③总线型结构：节点共享一条通信总线，结构简单、成本低，但总线故障导致全网瘫痪，早期同轴电缆网络采用。④树形结构：层次化连接，如校园网的核心-汇聚-接入架构，易扩充、故障可隔离。⑤网状型结构：节点多路径连接，可靠性高、传输快，适合广域网主干网，如互联网主干网。4.2.4计算机网络的分类环形总线型星形网络拓扑结构分类示意图网状型树形4.2.4计算机网络的分类（3）按传输介质分类①有线网络：采用有线介质（物理线缆）来连接的计算机网络。如校园网有线接入、互联网光纤主干。②无线网络：采用空气作为传输介质，依靠电磁波或红外线等载体来传输数据的计算机网络。适配移动设备。计算机网络传输介质有线传输介质

同轴电缆光纤单模光纤多模光纤屏蔽双绞线双绞线非屏蔽双绞线无线传输介质

红外无线电波微波激光Wi-Fi、4G/5G/6G、蓝牙4.2.5网络体系结构与协议网络体系结构是为实现网络通信而制定的分层架构与协议集合，其中国际标准化组织ISO制定的OSI（OpenSystemsInterconnection，开放系统互连）参考模型奠定了网络分层思想的基础，而TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，传输控制协议/网际协议）模型则是互联网实际应用的核心架构。二者相辅相成，共同构建了网络通信的理论与实践框架。网络协议是为网络数据交换而制定的规则、标准或约定的集合。一个网络协议主要由以下三个要素组成：①语法：用户数据与控制信息的结构与形式。如帧、分组的字段组成。②语义：明确控制信息的含义及对应操作。如TCP握手信号的含义。③时序：规定事件执行的先后顺序。如TCP三次握手的先后步骤。4.2.5网络体系结构与协议网络体系结构是为实现网络通信而制定的分层架构与协议集合，其中国际标准化组织ISO制定的OSI（OpenSystemsInterconnection，开放系统互连）参考模型奠定了网络分层思想的基础，而TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，传输控制协议/网际协议）模型则是互联网实际应用的核心架构。二者相辅相成，共同构建了网络通信的理论与实践框架。网络协议是为网络数据交换而制定的规则、标准或约定的集合。一个网络协议主要由以下三个要素组成：①语法：用户数据与控制信息的结构与形式。如帧、分组的字段组成。②语义：明确控制信息的含义及对应操作。如TCP握手信号的含义。③时序：规定事件执行的先后顺序。如TCP三次握手的先后步骤。4.2.5网络体系结构与协议（1）ISO/OSI参考模型OSI七层模型（自下而上）各层功能如下：①物理层：最底层，负责将二进制比特流通过传输介质（双绞线、光纤等）传输，定义物理接口规范（如接口类型、传输速率、信号格式），仅关注比特流的传输，不涉及数据含义。②数据链路层：负责将物理层传输的比特流封装为数据帧，实现相邻设备间的可靠传输，核心功能包括帧同步、差错检测与纠正、MAC地址寻址（如网卡MAC地址），典型协议有以太网协议。③网络层：负责跨网络的分组路由与转发，定义逻辑地址（如IP地址）标识主机，解决不同网络间的互联互通问题，核心协议有IP、ICMP，路由器工作于该层级。4.2.5网络体系结构与协议④传输层：提供端到端（源主机到目标主机）的可靠数据传输服务，屏蔽网络层的差异，核心功能包括端口寻址、流量控制、差错恢复，典型协议有TCP、UDP。⑤会话层：负责建立、维护与终止通信双方的会话连接，管理会话中的数据交互同步，如决定通信何时开始、暂停与结束。⑥表示层：负责数据的格式转换与加密解密，将应用层数据转换为网络可传输的格式，或反之，支持字符编码、数据压缩、加密等功能，确保通信双方数据格式一致。⑦应用层：最顶层，直接为用户应用程序提供网络服务，封装具体应用场景的协议，如网页访问（HTTP）、邮件发送（SMTP）、文件传输（FTP）等。4.2.5网络体系结构与协议（2）TCP/IP参考模型TCP/IP模型是互联网的核心体系结构，由美国国防部高级研究计划局（ARPA）在20世纪70年代研发，虽无官方标准化组织定义，但因实用性强被全球广泛采用。四层模型（自下而上）各层功能如下：①网络接口层：对应OSI模型的物理层与数据链路层，无统一协议标准，负责比特流传输与帧封装，兼容各类传输介质与链路层协议，是模型的底层支撑。②网络层：对应OSI模型的网络层，核心协议为IP协议，负责分组路由转发，定义IP地址标识主机，配套ICMP协议用于差错控制。4.2.5网络体系结构与协议③传输层：对应OSI模型的传输层，核心协议为TCP与UDP。TCP是面向连接的可靠传输协议，通过三次握手建立连接、四次挥手释放连接，支持流量控制与重传机制，适用于网页浏览、文件传输等场景；UDP是无连接的高速传输协议，无可靠性保障，适用于视频直播、语音通话等对实时性要求高的场景。④应用层：对应OSI模型的会话层、表示层与应用层，整合三层功能，为应用程序提供直接网络服务，核心协议包括HTTP/HTTPS（网页访问）、SMTP（邮件发送）、DNS（域名解析）、FTP（文件传输）等。4.2.5网络体系结构与协议（3）OSI模型与TCP/IP模型的对应关系两大模型各有侧重：OSI模型是理论完善的参考框架，适合理解网络分层思想；TCP/IP模型是实际应用的主流架构，通过简化分层适配实际网络需求，已成为Internet的核心协议，二者共同构成了网络体系结构的核心知识体系。4.2.6常见网络设备网络设备是用来将各类服务器、PC、应用终端等节点相互连接，构成信息通信网络的专用硬件设备。常见网络设备有：网络接口卡、交换机、路由器、集线器、调制解调器、网关、中继器、防火墙、网桥、VPN服务器、无线接入点、5G基站、光端机、光纤收发器、网线、RJ45接头等。各类设备协同工作，从终端接入、数据转发到跨网互联，构成完整网络体系。不同网络设备在OSI模型不同层级工作。4.2.6常见网络设备互连设备工作层次实物图片互连设备工作层次实物图片中继器物理层

路由器网络层

调制解调器物理层

三层交换机网络层

集线器物理层

防火墙网络层传输层

二层交换机数据链路层

网关传输层及以上

网卡数据链路层

无线接入点

工作在OSI模型不同层级的网络设备4.2.6常见网络设备（1）调制解调器（Modem）工作于物理层，用于实现数模信号转换。它是用户接入ISP（互联网服务提供商）的关键设备，常见类型包括DSL调制解调器、光猫和电缆调制解调器，分内置和外置两类。（2）中继器工作于物理层，用于放大和再生已衰减的信号，以延长网络传输距离。它不改变数据内容，仅增强信号强度，适用于网络布线距离较长的环境，现已逐渐被集成于其他设备中。（3）网卡（NetworkInterfaceCard，NIC：网络接口卡）工作于数据链路层，是计算机接入网络的硬件接口，实现数据帧的封装与解封装，负责数据信号的发送与接收。它分为有线网卡、无线网卡、虚拟网卡及智能网卡等类型。4.2.6常见网络设备（4）交换机（Switch）工作于数据链路层，用于在LAN中连接多个设备（如电脑、服务器、打印机等），并通过MAC地址实现数据帧的高效转发。交换机通过多端口设计为每个连接的设备提供独立的带宽，显著提升网络性能和通信效率。分二层（基础转发）和三层（支持路由）两类，广泛用于企业、校园局域网、数据中心等环境。（5）路由器（Router）工作于网络层，用于连接不同网络（如LAN与WAN），根据IP地址进行数据包的转发和路由选择。它支持动态路由协议，实现跨网络通信，常见于家庭宽带共享、企业跨网段互联等场景。4.2.6常见网络设备（6）网关（Gateway）工作于传输层及以上，用于连接协议或结构不同的网络，实现协议转换与数据格式适配，如同“翻译官”，使不同协议的网络可互通。网关在形态上分为硬件网关、软件网关和虚拟/云原生网关。常见于企业内外部网络互联、物联网跨协议通信等场景。（7）防火墙（Firewall）工作于网络层与传输层，是网络安全防护核心设备。通过预设规则对进出网络的数据包进行过滤、检测与拦截，阻止非法访问、恶意攻击及敏感数据泄露，同时支持访问控制策略配置，分硬件防火墙（适用于企业）和软件防火墙（适用于个人/小型场景），是构建可信网络环境的关键屏障。4.2.6常见网络设备（8）无线接入点（WAP）作为有线与无线网络的桥梁，将有线信号转换为Wi-Fi信号，遵循IEEE802.11系列标准。为手机、笔记本等无线设备提供局域网接入，可扩展网络覆盖范围，常用于家庭、办公场所的无线网络部署。4.2.7IP地址作为互联网主机的唯一标识，其核心作用是在网络层定位目标主机，为跨网络数据传输提供方向。目前IP地址主要分为IPv4与IPv6两类。（1）IPv4IPv4由32位二进制数组成,采用点分十进制表示(如)，理论上可提供43亿个地址｡一个IP地址由网络前缀和主机标识两部分构成,通过子网掩码或CIDR表示法区分。其中，CIDR（ClasslessInter-DomainRouting，无类域间路由）表示法在IP地址后附加一个斜杠（/）和网络前缀的位数。例如，/24表示前24位是网络前缀（即192.0.2这一段，对应二进制的前24位），剩下的32−24=8位是主机标识，其对应的子网掩码为

。4.2.7IP地址①地址类型：分为公有地址和私有地址。公有地址由IANA统一分配，全球唯一，用于设备直接接入互联网；私有地址仅用于内网，无需分配，核心地址段为/8、/12、/16，需通过NAT技术转换为公有地址才能访问互联网。32位A类地址0

网络地址主机地址

8位24位二进制表示00000000

000000000000000000000000—01111111

111111111111111111111111表示的所有范围十进制表示：0.0.0.0—127.255.255.255二进制表示00000001

000000000000000000000001—01111111111111111111111111111110有效地址范围十进制表示：1.0.0.1—127.255.255.254B类地址10

网络地址主机地址

16位16位二进制表示10000000000000000000000000000000—10111111111111111111111111111111表示的所有范围十进制表示：128.0.0.0—191.255.255.255二进制表示10000000000000000000000000000001—10111111111111111111111111111110有效地址范围十进制表示：128.0.0.1—191.255.255.254C类地址110网络地址主机地址

24位8位二进制表示11000000000000000000000000000000—11011111111111111111111111111111表示的所有范围十进制表示：192.0.0.0—223.255.255.255二进制表示11000000000000000000000000000001—11011111111111111111111111111110有效地址范围十进制表示：192.0.0.1—223.255.255.2544.2.7IP地址②特殊地址：包括回环地址(/8，用于本机测试)、广播地址(用于局域网内全员通知)、组播地址(用于特定组设备通信)。私有IP地址子网掩码备注-55(A类/8)适用于大型网络共16,777,216（224）

个

IP地址-55(B类/12)适用于中型网络共1,048,576（220）个

IP地址-55(C类/16)适用于小型网络共65,536（216）个

IP地址常用网段:

多数家用路由器默认网关地址:；部分品牌路由器或企业级网络设备的默认网关地址，作为备选常用网关。54特殊IP地址用途备注任意地址，通常配置默认路由时使用

55有限广播地址

环回地址，代表设备自身，常用于网络功能测试

169.254.XX本地链路地址，当设备无法通过DHCP获取地址时，自动分配此范围内的地址

组播IP地址，指所有主机

组播IP地址，指所有路由器

CNNICDNS

谷歌DNS

阿里云DNS

阿里云DNS

14114DNS网络中常见的私有地址和特殊IP地址4.2.7IP地址（2）IPv6IPv6即互联网协议第六版，是由互联网工程任务组设计的用于替换现行版本IPv4协议的下一代互联网协议，IPv4地址池已于2019年11月正式耗尽，采用IPv6协议，理论上可以为地球上的每一粒沙子分配一个IP地址，使得“万物互联”成为可能。IPv6由128位二进制数组成，首选形式：n:n:n:n:n:n:n:n。每个n值表示地址的8个16位元素之一的十六进制值。例如：3FFE:FFFF:7654:FEDA:1245:BA98:3210:4562；由于地址长度，通常有包含长度为零的长字符串的地址。

为了简化这些地址的编写，可使用压缩形式，其中单个连续的0块序列由双冒号符号

（::）

表示。

此符号只能在地址中显示一次。

例如，压缩形式的多播地址：FFED:0:0:0:0:BA98:3210:4562为FFED::BA98:3210:4562。

另外还有混合形式，此形式结合了IPv4和IPv6地址。

在这种情况下，地址格式为n:n:n:n:n:n:d.d.d.d，其中每个n表示六个IPv6高阶16位地址元素的十六进制值，每个d表示IPv4地址的十进制值。4.2.8域名系统（1）域名系统的定义域名系统（DomainNameSystem，DNS）是互联网的核心基础服务，本质是“IP地址与域名的映射转换系统”。由于IP地址（如、2001:db8::1）是一串数字，难以记忆，DNS通过将有意义的域名（如）与对应的IP地址关联，实现“域名解析”，让用户无需记忆复杂的IP地址，只需输入简单易记的域名，即可访问目标网站或设备。简单来说，DNS相当于互联网的“地址簿”，核心作用是将用户输入的域名（人类易记）转换为计算机可识别的IP地址（机器识别），完成数据传输的地址定位，是互联网通信不可或缺的“翻译官”。4.2.8域名系统（2）域名的结构域名采用“层次化结构”，如图4.10所示，从右至左分为顶级域名、二级域名、三级域名（子域名），各级之间用小数点（.）分隔，越靠右的层级权限越高，最右侧为顶级域名，最左侧为具体主机名。​根（根没有名字）comorgnetgoveducnhktwukcctvibm…

…

…

edugovcomtsinghuamail…

wwwmail…

www顶级域名一级域名二级域名三级域名四级域名…

图4.10域名的结构示意图以“”为例：①顶级域名（最右侧）：.cn，代表中国（国家/地区顶级域名）；②二级域名：.edu，代表教育机构（行业顶级域名，依附于顶级域名）；③三级域名（主机名）：www，代表该教育机构的Web服务器主机4.2.8域名系统域名类型全称com国际域名CommercialOrganizationedu教育机构EducationalInstitutiongov政府部门Governmentint国际性机构InternationalOrganizationmi1军队Militarynet网络机构NetworkingOrganizationorg非盈利机构Non-ProfitOrganization域名国家或地区全称au澳大利亚Australiaca加拿大Canadach瑞士Switzerland"ConfoederatioHlvetia"cn中国Chinade德国Germany"Deutschland"es西班牙Spain"Espana"fr法国Francehk香港HongKongjp日本Japantw台湾Taiwanuk英国UnitedKingdomus美国UnitedStates网址域名后缀的含义4.2.8域名系统（3）DNS解析流程DNS解析遵循“从本地到远程、从层级到全局”的顺序，核心流程分为5步，高效完成域名到IP地址的转换，以用户访问为例：①本地解析：用户输入域名后，计算机先查询本地DNS缓存（如浏览器缓存、操作系统缓存），若缓存中存在该域名对应的IP地址，直接使用该IP地址访问，无需后续步骤，提升解析速度。②本地DNS服务器查询：若本地缓存无对应记录，计算机向本地DNS服务器（通常由运营商分配，如电信、联通的DNS服务器）发送解析请求。③根服务器查询：本地DNS服务器若自身无解析记录，向全球13组根DNS服务器发送请求，根服务器不直接返回IP地址，仅告知本地DNS服务器该域名对应的顶级域名服务器（如.cn对应的顶级域名服务器）地址。④顶级域名服务器查询：本地DNS服务器向顶级域名服务器发送请求，顶级域名服务器告知其对应的二级域名服务器（如对应的二级域名服务器）地址。⑤目标服务器查询与反馈：本地DNS服务器向二级域名服务器发送请求，二级域名服务器返回该域名对应的IP地址；本地DNS服务器将IP地址缓存并反馈给用户计算机，用户计算机通过该IP地址访问目标网站，同时缓存该IP地址，方便下次快速解析。内容导航AI第4章

操作系统与网络基础4.1操作系统基础4.3从Web1.0到Web3.0的演进4.2计算机网络基础4.4物联网技术概述4.5网络安全与隐私保护4.3从Web1.0到Web3.0的演进Web（万维网）是互联网最核心的应用之一，依托HTTP/HTTPS协议，实现文本、图像、音频、视频等资源的跨网络展示与交互，其演进历程分为三代，每一代均围绕“交互性、智能化、个性化”实现升级，贴合用户需求与技术发展趋势：4.3.1Web1.0（静态Web，1990s–2000s初）核心是“信息展示”，属于“只读式Web”。网站内容由开发者提前制作并上传，用户仅能浏览、查看内容，无法参与内容创作与交互，页面以静态文本、图片为主。例如，早期的个人主页、企业宣传网站，仅展示文字介绍与图片，无评论、点赞、投稿等功能。技术局限：无法动态更新内容，交互方式单一，用户体验被动。4.3.2Web2.0（动态Web，2000s中–至今）核心是“用户交互与内容共创”，属于“读写式Web”。打破了Web1.0“只读”的局限，用户不仅能浏览内容，还能主动创作、分享内容，参与网站互动，网站内容由开发者与用户共同生成。这一阶段诞生了博客、论坛、社交平台、短视频平台等主流应用。问题：数据垄断与隐私泄露、平台权力膨胀、收益分配不均、单点故障风险等。4.3.3Web3.0（智能Web，2010s至今，持续演进）核心是“去中心化、智能化、个性化”，属于“智能交互式Web”。依托人工智能、区块链、大数据等技术，实现内容的智能推荐、用户身份的自主掌控、内容的去中心化存储，打破平台垄断，让用户更自主地参与网络交互，同时实现“千人千面”的个性化体验。核心技术：人工智能（智能推荐、自然语言处理）、区块链（去中心化身份认证、内容确权）、大数据（用户行为分析），代表应用有智能推荐平台、去中心化社交软件、元宇宙相关应用等。挑战：交易吞吐量低（如以太坊拥堵）、用户体验复杂、监管框架缺失以及安全风险。4.3.4演进逻辑：从信息载体到价值网络Web1.0实现信息在线化，Web2.0推动行为数据化，Web3.0探索资产数字化。技术主线从集中式存储走向分布式账本，交互模式从“人—机”单向传递发展为“人—人—机”自主协同。本质是用户角色从“读者”到“作者”再到“所有者”的转变，也是网络从“信息在线”向“人在线并参与互动”再向“取数在线与价值分配”的跨越。维度Web1.0Web2.0Web3.0核心特征只读、静态可读写、互动、中心化可读写拥有、去中心化用户角色信息接收者内容创造与参与者数据与资产所有者关键技术HTML、CSSAJAX、数据库、云计算区块链、智能合约、IPFS数据控制发布机构集中控制平台集中控制用户自主控制典型应用门户网站、静态页社交网络、电商、自媒体DeFi、NFT、元宇宙、DApp从Web1.0到Web3.0的对比分析内容导航AI第4章

操作系统与网络基础4.1操作系统基础4.3从Web1.0到Web3.0的演进4.2计算机网络基础4.4物联网技术概述4.5网络安全与隐私保护4.4.1物联网定义物联网（InternetofThings，IoT）核心是“物物相连的互联网”。根据GB/T33474-2025国家物联网标准的定义：物联网是基于感知控制设备，通过通信网络，使物理实体、人、系统和信息资源相连接，响应和处理物理与虚拟世界信息的基础设施。该标准提出的“共性平台+应用子集”模式，如图4.11所示，有效提升了不同垂直领域物联网系统的通用性、互操作性与集成效率。该标准于2026年1月1日正式实施，为物联网发展提供了统一规范。4.4.1物联网定义4.4.2物联网体系结构物联网通常采用分层架构实现物理世界与数字服务的协同。主流采用“感知层—网络层—平台层—应用层”四层结构，构成从数据采集到智能决策的完整闭环，部分场景可省略平台层。各层功能紧密衔接，通过异构网络融合，支撑起工业、家居、城市等领域的智能化服务。4.4.2物联网体系结构（1）感知层：数据采集与识别（2）网络层：数据传输与通信（3）平台层：数据处理与存储（4）应用层：智能化决策与控制（5）安全与隐私保护：安全是贯穿物联网各层的基石，通过加密、认证、访问控制等手段保障数据与系统安全。4.4.3物联网典型应用场景智能制造：对厂房的机械设备及室内环境等情况进行联网监控

物联网应用领域智能物流：通过信息技术对货物以及运输车的全过程进行监控智能零售：将实体店、售货机等联网，分析用户画像，进行精准推送智能安防：通过摄像头等装置采集数据、实时监控外界环境智能建筑：利用传感器将建筑内的设备数字化、智能化，实现节能智慧家居：将家庭内单品联网，通过语音控制，打造智能家居平台智慧医疗：通过传感器或移动设备对人的生理情况进行捕捉智能能源：通过实时监测，以达节约能源和保护环境的目的智能交通：以图像识别为核心技术监控车、道路及信号灯等情况智慧农业：利用传感器实时监测作物及畜牧产品的生长情况内容导航AI第4章

操作系统与网络基础4.1操作系统基础4.3从Web1.0到Web3.